Td corrigé lait et produits laitiers dans la prevention et le ... - Canal Académie pdf

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COMMUNIQUÉ

En hommage à Michel BOUREL, qui aurait dû présider cette séance

Les produits laitiers

Bernard SALLE^*

Le lait et les produits laitiers (formules pour nourrisson, fromages et yaourts) restent la principale source de calcium dans l’alimentation humaine (2/3 des apports) car sans eux il est impossible d’assurer les apports recommandés selon l’âge. Ils assurent de plus un apport protéique très important de bonne valeur biologique, ainsi que des peptides bio-actifs ; ils sont sources de phosphore, de potassium, d’oligo-éléments (zinc, iode, sélénium…) et de vitamines (A, B12, B1, B6…).

L’absorption active du calcium à tout âge s’effectue sous la dépendance du métabolite de la vitamine D la 1,25 dihydroxy vitamine D. La vitamine D est synthétisée à partir du 7 déhydro- cholestérol au niveau du derme sous l’influence des rayons ultra-violets et par conséquent du rayonnement solaire. La vitamine D ou cholécalciférol est transformée au niveau du foie en 25 hydroxy-calciférol et au niveau du rein en 1,25 dihydroxy- cholécalciférol. L’hypovitaminose D est relativement fréquente dans certaines populations du nord de la France et de l’Europe, chez les nourrissons, adolescents, les sujets âgés et les populations à peau colorée. Elle doit être corrigée pour éviter une réaction hyperparathyroïdienne néfaste pour l’os. La dose efficace à tout âge, en prévention, est de 800 à 1 000 UI/jour, à fin d’assurer un taux sanguin de 25 hydroxyvitamine D (qui représente le statut vitaminique D de l’individu) d’au moins 80 nmol/L (Vieth).

Chez l’adolescent et l’adulte, un régime équilibré apporte entre 600 et 700 mg par jour de calcium. La principale source de calcium alimentaire provient du lait et des produits laitiers et la consommation de lait et de produits laitiers enrichis ou non en vitamine D permet d’assurer, au mieux, le complément nutritionnel nécessaire lorsque les besoins atteignent 1 000 mg à 1 200 mg par jour .. Des compléments peuvent aussi être fournis par quelques eaux minérales calciques, certaines étant malheureusement trop riches en sulfates. A noter que tous les autres aliments courants sont pauvres en calcium, à l’exception des fruits secs, et de quelques rares légumes. Cependant, la biodisponibilité du calcium d’origine végétale est souvent diminuée par la présence de substances insolubilisantes (phytates, oxalates, polyphénols) et est en général inférieure à celle du calcium du lait qui sert de référence. Dans les produits laitiers, la biodisponibilité du calcium est meilleure car le calcium est lié à des protéines (caséine) ou à des polypeptides ce qui facilite ainsi son absorption.

Recommandations de l’Académie Nationale de Médecine :

1 - Jusqu’à l’âge de 5-6 mois, les besoins sont couverts intégralement par le lait de femme ou par les formules pour nourrisson ; après l’âge de 6 mois et jusqu’à 3 ans les formules lactés (lait de suite et lait de croissance) sont nécessaires pour assurer les besoins en calcium, protéines et en acides gras essentiels, fer et vitamines. Ces formules ont bénéficié durant les dernières années d’améliorations successives : enrichissement en acides gras poly-insaturés, diminution de la quantité et amélioration de la qualité des protéines, enrichissement en

certaines acides aminés, en vitamines liposolubles et hydrosolubles, en fer et en probiotiques.

Il est important d’apporter après l’âge de 6 mois au moins un demi litre de lait sous forme de formules adaptées à l’âge. Le lait de vache entier ou demi écrémé n’est pas souhaité jusqu’à l’age de 1 an car il est pauvre en acides gras essentiels et en fer et trop riche en protéines.

Une réduction du nombre des formules (plus de 200 actuellement sur le marché en France) avec commercialisation de nouvelles préparations lactées plus limitées s’avère indispensable.

Ces nouvelles formules doivent s’appuyer non pas par des allégations non justifiées mais sur des études et des recommandations de l’AFSSA, de celles de la société Européenne de Gastro-entérologie et de Nutrition (ESPGAN) publiées en 2005 et du comité de Nutrition de la Société française de Pédiatrie (2007).

2 - Les adolescents qui ne consomment pas de produits laitiers sont déficients en calcium car leur régime de base ne fournit que 500 à 600 mg de calcium soit la moitié des apports nutritionnels conseillés (Cnerna-Afssa, 2001). Ils ont un risque fracturaire élevé à moyen terme et à un âge avancé. Dans la perspective de la prévention primaire de l’ostéoporose après la cinquantaine et de fractures qui lui sont associées, il est important de promouvoir des apports en produits laitiers car diverses études d’intervention ont démontré les effets bénéfiques des produits laitiers sur l’accumulation du capital osseux au cours de la croissance.

3 - Chez la femme enceinte, les produits laitiers restent la source principale de calcium pour assurer ses besoins et ceux de son fœtus, l’apport conseillé de calcium étant de 1 000 à 1 200 mg/jour.

4 - Chez l’adulte et la femme ménopausée, l’association de calcium (1 200-1 500 mg/jour) et de vitamine D (800-1 000 UI/jour) permet de réduire le risque de fracture à partir de l’âge de 50 ans, et tout particulièrement, chez les sujets âgés, qu’ils soient ou non, en institution. Les produits laitiers restent la source principale de calcium et protéines sous forme de lait allégé, fromages ou yaourts. Comme cela ne relève plus de la nutrition normale, une surveillance biologique s’impose pour éviter les risques d’un surdosage.

5 - Ajustement en fonction de la pathologie :

- Chez la femme ménopausée ou le sujet âgé, le supplément en calcium et vitamine D doit être systématiquement conseillé s’il existe des risques importants d’ostéoporose ou s’il existe une ostéopénie révélée par l’ostéo-densitométrie en association avec les différents traitements de la maladie, notamment les biphosphonates ; les apports calciques (1 200 mg/jour), chez eux, sont assurés en totalité ou partiellement par les produits laitiers.

-La prévention et le traitement des maladies de surcharge (obésité, diabète de type 2 et dyslipidémies) tire bénéfice des produits laitiers allégés, source de protéines et de calcium et d’agents bioactifs. L’adjonction de vitamine D et d’acides gras poly-insaturés oméga 3 au lait, offre d’intéressantes perspectives pour améliorer ses propriétés nutritionnelles.

6 - Enfin, il importe de mettre en garde contre les rumeurs alarmistes propagées par quelques livres récents qui attribuent aux produits laitiers (et donc au calcium) une longue liste de maladies (dont l’ostéoporose !).

Les seules contre-indications du lait sont l’allergie, en général non persistante, aux protéines laitières (surtout caséine) chez le nourrisson. L’intolérance au lactose par manque de lactase se voit essentiellement dans les populations asiatiques ou dans les régions méridionales et ne concerne que le lait de vache et non les fromages et produits fermentés.

LAITS ET PRODUITS LAITIERS EN ALIMENTATION HUMAINE Apports des procédés technologiques

Jean-Louis MAUBOIS*

RESUME

La complexité organisationnelle des composants du lait a permis, paradoxalement, une application privilégiée, à ce liquide, de nombre de procédés technologiques innovants tels que les technologies séparatives à membrane. L’industrie laitière est maintenant à même de mettre à la disposition des consommateurs des produits classiques (laits liquides et fromages au lait cru) de haute sécurité hygiénique, n’ayant subi que des traitements thermiques modérés voire nuls, traitements toujours dommageables tant pour les qualités organoleptiques que pour la bio-activité de nombre de molécules laitières. La mise en commun des acquis cognitifs de la Recherche sur les propriétés physiques et physico- chimiques des composants protéiques du lait avec les potentialités nouvellement offertes par ces technologies, notamment la microfiltration sur membrane, a aussi permis de différencier la cinétique d’assimilabilité des deux grands groupes de protéines (concept des protéines lentes et rapides), de produire des nouveaux dérivés débactérisés, hautement purifiés (caséine micellaire native et isolats de protéines de lactosérum répondant tant à des besoins de nutrition (laits infantiles, régimes amaigrissants) qu’à des besoins de fonctionnalité technologique. La même technologie a été appliquée au colostrum dans le but de produire un

« sérocolostrum » stérile contenant des immunoglobulines, des facteurs de croissance et d’autres molécules biologiquement actifs. Combinés avec d’autres technologies séparatives, les procédés à membrane devraient permettre à brève échéance, les séparations et purifications industrielles des protéines dites mineures du lait auxquelles il est attribué une activité essentielle dans la fixation du calcium par l’os ou encore le transport physiologique de nombreuses vitamines. Sur un autre plan, grâce à la maîtrise acquise des réacteurs enzymatiques à membrane), des études cliniques ont pu être mises en place avec la Recherche médicale pour démontrer l’activité physiologique de plusieurs peptides bioactifs tels que le κ- caséinomacropeptide inducteur de la sécrétion de CCK (cholécystokinine), le αS1CN (91-100) à activité de type benzodiazépine, le κCN (106-116) à activité anti thrombotique ou encore les phosphopeptides des caséines αS et β facilitant l’absorption du fer et probablement aussi celle du calcium.

. I.N.R.A. Recherches laitières, 65 rue de Saint Brieuc, 35042 Rennes Cedex 02 23 48 57 47

Le lait est un milieu extraordinairement complexe. Les Biochimistes, les plus experts, estiment que ce liquide doit contenir plus de 100 000 espèces moléculaires différentes. Ces molécules s’assemblent et interagissent au gré de la température, de la lumière ou de la composition de l’atmosphère environnante, dès la sortie de la mamelle. Cette complexité extrême, cette richesse, trouve sa raison d’être, sa finalité, dans le fait que le lait est l’unique réponse alimentaire aux besoins de vie, voire de survie, du jeune mammifère, à la période, peut-être, la plus critique de son existence, celle qui suit sa naissance, période où l’organisme

nouveau-né doit tout à la fois entamer une croissance rapide et faire face à une multitude d’agressions du milieu environnant.

De manière un peu paradoxale, il peut être dit que c’est la complexité physico-chimique organisationnelle du lait ; y sont, en effet, présentes toutes les formes structurales de la chimie biologique: ions, molécules, macromolécules, micelles dont les dimensions s’étagent de quelques angströms à 300 – 400 nm ainsi que des particules également de taille variée, de 0,2 µm à plus de 10 µm, (globules de matière grasse, cellules somatiques, bactéries) qui a facilité l’application de nombre de procédés technologiques novateurs comme les séparations basées sur l’exclusion stérique mettant en œuvre les membranes poreuses (osmose inverse, nanofiltration, ultrafiltration et microfiltration).

Grâce à la « fécondation croisée » qu’a permis l’approche multidisciplinaire mise en place au début des années 70 entre les biochimistes des protéines, les microbiologistes et les chercheurs en génie des procédés, un « cracking » du lait a été conçu [1] (Figure 1).

L’industrie laitière dispose maintenant des technologies propres à assurer la mise à disposition des utilisateurs d’aval (nutritionnistes ou consommateurs finaux) tant des produits classiques de qualité accrue que toute une palette de nouveaux dérivés laitiers répondant aux besoins de nutrition voire de préservation de la santé de diverses catégories de population.

Ces produits classiques sont des laits liquides ou des fromages de haute sécurité hygiénique ayant subi des traitements thermiques d’intensité fortement diminuée voire nulle, ce qui non seulement assure le maintien de la bio-activité native de nombre de composants (Immunoglobulines, β-lactoglobuline, Lactoferrine) mais la « débactérisation » réalisée permet aussi une maîtrise totale des écosystèmes ajoutés d’acidification et d’affinage des produits fermentés. Dans la figure 2 sont représentées les principales étapes des procédés mettant en œuvre la technologie de microfiltration sur membrane (MF) et conduisant à deux types commerciaux de lait liquide : lait « cru » (durée de vie 14 jours) et lait pasteurisé à durée de vie allongée (30 jours) [2]. Le lait cru obtenu selon cette technologie est parfaitement à même de constituer la matière première de fabrication des fromages au lait cru [2, 3]. Pour cela, il doit être ensemencé avec un écosystème microbien spécifique à chaque variété de fromage. Les recherches menées tant au sein des laboratoires de l’INRA qu’au sein des entreprises ont permis la mise sur le marché de fromages à pâte molle (Camembert notamment) de typicité de goût et de texture indistinguable des meilleurs fromages traditionnels et quasiment sans risque hygiénique (moins de 2 bactéries pathogènes par fromage !) [2]. Une innovation récente en matière de conception de membranes MF a permis d’atteindre le niveau requis de « débactérisation » (RD > 13) pour une stérilisation du lait écrémé, ce qui conduira à offrir aux consommateurs un lait de longue conservation, moins chauffé (96°C – 5 s, traitement nécessaire pour inactiver les enzymes endogènes) que l’actuel lait UHT (148°C- 3 s) et une durée de vie à température ambiante supérieure à 12 mois, lait ayant une très faible teneur en composés de la réaction de Maillard et donc sans goût de cuit [4].

Nombre de dérivés de très haute qualité bactériologique fortement purifiés correspondant à des besoins nutritionnels spécifiques de diverses catégories de populations ont été développés. Par la mise en contact du lait écrémé avec une membrane MF ayant un diamètre de pores moyen égal à 0,1 µm, il est obtenu la séparation et la purification des deux grands groupes de protéines du lait la caséine micellaire native et les protéines du lactosérum dont nous avons montré avec l’équipe du CNRH [5] que le premier conduisait chez l’homme à une assimilation lente au contraire du second, à assimilation rapide. Les isolats de protéines sériques ainsi obtenus sont utilisés dans la formulation des laits infantiles et des produits de régime amaigrissant mais aussi en raison de leur capacités à mousser et à structurer l’eau dans des industries d’aval (crèmes glacées, charcuterie, panification). La caséine micellaire induit l’accroissement de la masse musculaire chez les personnes âgées mais son débouché le plus

conséquent est l’enrichissement des laits de fromagerie. Une propriété originale de cette caséine a été la mise au point d’un …dilueur, hautement efficace en termes de fertilité, de sperme équin [6]. L’application de la même technologie MF au colostrum bovin, liquide laitier peu exploité du moins dans notre pays, nous a conduit à proposer l’obtention d’un

« sérocolostrum » stérile [7] contenant sous forme biologiquement active (du fait de l’absence de traitement thermique dénaturant) et concentrée, les immunoglobulines (IgG), les facteurs de croissance ainsi que d’autres molécules telles que qu’un polypeptide riche en proline, dénommé « colostrinine » dont une étude clinique récente indiquerait qu’il pourrait stabiliser l’évolution de la maladie d’Alzheimer [8].

Combinés avec d’autres technologies séparatives telles que la chromatographie en phase liquide sur échangeurs d’ions, les technologies séparatives à membrane permettent déjà la purification à l’échelle industrielle des différentes protéines solubles dites majeures :

 β-lactoglobuline, source d’acides aminés soufrés, précurseurs de la biosynthèse du glutathion [9] et donc impliquée dans l’immuno-régulation et la prévention de nombreux cancers. Cette protéine ayant une structure spatiale de type lipocalline interviendrait aussi dans le transport de molécules hydrophobes (acides gras, phéromones ou assimilés). Mais elle présente une sensibilité très élevée à la réaction de Maillard, il y a formation de lysino-lactose au dessus de 40°C qui conduirait à une perte de disponibilité des lysines ainsi glycosylées, à une antigénicité accrue et probablement à un développement de l’allergénicité bien connue de cette protéine laitière [10] ;

 α-lactalbumine, source majeure de tryptophane (4 résidus par mole) et donc nutriment essentiel pour la biosynthèse des hormones cérébrales mais dont les oligomères auraient un effet apoptosique sur les cellules cancéreuses du poumon [11] ;

 lactoferrine, protéine aux propriétés multiples : apport de fer à l’organisme, protection antibactérienne, facteur de croissance et de prolifération cellulaire, activité anti- thrombotique [12].

 A échéance un peu plus lointaine, ce sera nombre de protéines solubles dites mineures (en raison de leur concentration relativement faible) qui seront produites commercialement comme celles présentes dans la fraction appelée « Milk Basic Proteins » en raison de leur pHi alcalin : mélange d’ostéopontine, de cystatine C et de kininogène qui jouerait un rôle régulateur essentiel dans la régulation de la prolifération des ostéoblastes et des ostéoclastes avec en corollaire la fixation des phosphates de calcium alimentaires par les os, ce qui permettrait de prévenir l’ostéoporose [13]. Un fort intérêt est aussi porté aux protéines de liaison avec les vitamines particulièrement celle liant l’acide folique qui accroisserait fortement sa biodisponibité de cette vitamine avec les conséquences positives en termes de malformations fœtales, d’artériosclérose, voire de cancer du tractus digestif [14].

La technologie des réacteurs enzymatiques à membrane (figure 3) permet de moduler et contrôler à volonté l’hydrolyse enzymatique des protéines en conditions physiologiques (rapport enzyme :substrat voisin de 1 :1 ; enzyme à l’état libre ; rétention totale de l’enzyme et du substrat ; éventuellement, séparation spécifique des produits intermédiaires de la réaction). Outre des hydrolysats peptidiques à finalité de nutrition entérale [15, 16] ou de nutrition infantile hypoallergénique, elle a été mise en œuvre pour la préparation de la plupart des séquences peptidiques à activité physiologique [17]. En dépit des nombreuses études (démonstration d’effet chez le modèle animal et chez l’homme, identification du mécanisme neuromédié du récepteur intestinal vers ceux du cerveau [18)) qui leur ont été consacrées, les premiers bio-peptides à activité morphino-mimétique isolés de la caséine β n’ont pas donné lieu, à notre connaissance à des développements industriels.[12]. Par contre, ont été commercialisés (Japon, USA, Chine) ces dernières années des laits boissons fermentés ou

non à allégation anti-hypertensive basée sur leur contenu en séquences peptidiques (177-183 ; 39-52 ; 43-69) issues de l’hydrolyse de la caséine β et inhibant l’ACE (enzyme de conversion de l’angiotensine) [12]. De même, les études consacrées à la fraction C terminale de la caséine κ appelée glycomacropeptide ayant démontré l’induction de la sécrétion, chez le modèle animal et chez l’homme, de la CCK (cholécystokinine) [19] et donc la possibilité d’intervention sur la digestion des graisses ainsi que sur la régulation de la sécrétion des enzymes pancréatiques, des produits commerciaux sont proposés pour la régulation de la prise de nourriture [20]. Lesdits produits mettent également en avant, la multi-fonctionnalité de ce peptide notamment celle de la partie N terminale, aisément séparée par hydrolyse trypsique, et ayant une activité anti-thrombotique démontrée in vitro et in vivo reposant sur le blocage des récepteurs spécifiques de la chaine γ du fibrinogène apparaissant sur les plaquettes sanguines lors du processus de la thrombose [21]. Il est aussi allégué des effets bifidogène [22] et anti toxine cholérique [23]. Dans un tout autre domaine de la physiologie humaine, un avis positif de l’AFSSA a été donné récemment, pour une allégation « anti stress chez les femmes particulièrement sensibles » pour la commercialisation d’un décapeptide isolé (séquence 91-100) de la caséine αS1 qui présente la propriété de se fixer sur les récepteurs des benzodiazépines [24].

Conclusion : Les progrès accomplis en matière de science et technologie laitières ont permis d’aboutir à des produits classiques, à la fois plus surs sur le plan de la sécurité hygiénique et dont les composants ont conservé tout ou partie de leurs propriétés biologiques natives. Ils ont permis également d’aboutir à une palette très diversifiée de composants isolés et purifiés correspondant aux besoins tant de nutrition très spécifiques de différentes catégories de population que de préservation de l’état de bonne santé. Est offert ainsi au monde médical un ensemble de connaissances et de savoirs supportant des produits naturels, séparés et purifiés par des procédés purement physiques, pouvant intervenir dans la prévention des grandes maladies de santé publique, de notre époque : hypertension, obésité, stress, ostéoporose et peut-être Alzheimer. Les composants de lait ont des potentialités déjà démontrées pour figurer en bonne place dans ce challenge du XXIème siècle que constitue la Nutrition-Santé.

Mais pour que ce challenge soit relevé, des évolutions profondes sont requises : limitation de l’emploi de molécules issues de la synthèse organique aux effets secondaires souvent lourds, réorientation du monde médical vers la prévention, constitution d’équipes de recherches pluri-disciplinaires (biochimistes, technologues, médecins) mobilisées sur la démonstration de chacun des effets physiologiques recensés.

BIBLIOGRAPHIE

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[24] MICLO L. - Caractérisation et activité de type benzodiazépine d’un décapeptide trypsique de la caséine αS1

bovine. Thèse université Henri Poincaré Nancy 1. 1994.

Figure 1 “Cracking” du lait (Maubois et Ollivier, 1998)

9 Phosphopeptides -Casomorphin

Caseinomacropeptide

Glycomacropeptide Lactorphin Lactoferricin

Enzymatic hydrolysis bioreactor

-Casein -Casein _S-casein -Lactalbumin -Lactoglobulin Lactoferrin

Ultrafiltration – Microfiltration – Chromatography – Electrophoresis Immunoglobulins Lactoperoxydase

Caseinates Phosphocaseinates Defatted whey

Neutralization Ultracentrifugation Microfiltration

Microfiltration

Centrifugation Lipoproteins Caseins

Enzymatic

Biologic coagulation Ionic

Electrodialysis Nanofiltration

Ultrafiltration Permeate Ultrafiltration Demineralized Whey

Membrane fermentor Whey protein Concentrate Biomass

biometabolites Enzymatic hydrolysis Bioreactor Drying

Drying Peptidic

Hydrolysate

Milk powder Milk proteins Whey proteins Lipids Sugar

Ultrafiltration Chromatography

Electrophoresis Nanofiltration Skimmilk Whey

Figure 2 :Séparation sélective des bactéries du lait procédé de Microfiltration

100 Lait entier cru



Ecrémage centrifuge 37°C à 60°C

10 crème 90 lait écrémé

Microfiltration 1,4µm 4.5 rétentat 85.5 microfiltrat

+4,5 mf Traitement thermique

mélange

homogénéisation

Conditionnement aseptique

HTST

72°C-20 s

Lait pasteurisé à DLC allongée

30 j à 6°C

2nd MF 0.45 ret.

4.05 mf

Fromagerie

“ Lait cru MF ”

14 j à 6°C Ou

E E E E

S

S E-S E-S

E-S

P P

P P

P P P P P

P

P P

PP P

Figure 3 : Réacteur enzymatique à membrane

Avantages du procédé

Activité optimale Enzyme

Rapport Enzyme/Substrate élevé Temps de séjour court

Hydrolyse continue

Membrane

Rétention totale Enzyme Substrat

Fragments de haut PM

Procédé intégré = bioconversion et séparation en une seule étape

Enzyme

Peu ou pas depertes

d’enzyme

PRODUITS LAITIERS ET CROISSANCE OSSEUSE

René RIZZOLI¹

RESUME

Le capital osseux maximal, la quantité d’os nous permettant de nous tenir debout dans des conditions de risque fracturaire minimal, est atteint à la fin de la deuxième décennie de vie. Ce capital est principalement déterminé par des facteurs génétiques. Divers autres facteurs peuvent influencer le niveau de ce capital, dont une phase d’accumulation rapide se déroule au cours de la puberté.

Parmi ces facteurs, les apports nutritionnels, particulièrement ceux en calcium et en protéines, jouent un rôle favorable significatif. Les produits laitiers associent ces deux nutriments. Des enfants évitant les produits laitiers ont un risque fracturaire augmenté. Ce risque pourrait demeurer élevé à un âge plus avancé. Diverses études d’intervention ont démontré les effets bénéfiques des produits laitiers sur l’accumulation du capital osseux au cours de la croissance.

En conclusion, dans une perspective de prévention primaire de l’ostéoporose et des fractures qui lui sont associées, il est impératif de promouvoir des apports de produits laitiers suffisants, pour assurer l’obtention d’un capital ossseux optimal.

INTRODUCTION

Le squelette assure des fonctions de soutien et joue un rôle important dans les homéostasies minérale et acide-base. Une fonction de soutien efficace implique un système osseux solide, qu'assurent une masse suffisante et une structure adaptée. Le capital osseux maximal est atteint en fin de deuxième décennie de vie et, dans des conditions normales, permet de résister avec succès à une contrainte mécanique[1]. Entre 60 et 80% de la variance du capital osseux de l'âge moyen sont déterminés par des facteurs génétiques, dont l'influence s'exerce dès la naissance, voire au cours de la vie foetale[2, 3]. Des facteurs environnementaux peuvent modifier les influences génétiques, compromettre l'accumulation du capital osseux, augmenter la fragilité osseuse et, par conséquent, exposer à un risque accru de fracture. Dans la perspective d'une prévention primaire efficace, et afin d'affronter avec un capital osseux aussi optimal que possible les dégâts osseux liés à la carence hormonale de la ménopause et à l'âge avançant, il est primordial de tirer bénéfice du contrôle de ces facteurs environnementaux (Fig. 1). Ainsi, au cours de la croissance, dans l'enfance et l'adolescence, promouvoir une nutrition équilibrée et un exercice physique régulier, et éviter des facteurs de risque néfastes, tels que tabac et alcool, sont des mesures préventives de l'ostéoporose à privilégier absolument[4].

NUTRITION ET CROISSANCE OSSEUSE

Tout au long de l'enfance et de l'adolescence, la croissance et l'augmentation de la masse minérale osseuse suivent une courbe, une voie déterminée génétiquement[2]. Toute carence

1 Service des Maladies Osseuses, Département de Réhabilitation et Gériatrie, Hôpitaux Universitaires de Genève, CH-1211 Genève 14

Tirés à part: Prof. René RIZZOLI, même adresse.

nutritionnelle peut altérer la croissance et déplacer les sujets vers une courbe moins favorable, conduisant à un capital maximum insuffisant. Au contraire, des apports nutritionnels adéquats permettent de suivre la meilleure courbe de croissance osseuse possible et, partant, d'atteindre un capital osseux optimal. Après la ménopause, toute réduction de la densité minérale osseuse d'1 écart-type (environ 10%) est associée à un doublement du risque fracturaire[5]. Par conséquent, une augmentation de 10% du capital osseux maximal devrait conduire à une diminution significative du risque de fracture dans la deuxième moitié de l'existence. Deux nutriments ont fait l'objet d'une attention particulière: le calcium et les protéines.

Apports calciques et croissance osseuse

Diverses études ont mis en évidence une association positive entre gains osseux et apports calciques. Ces associations semblent s'observer plus volontiers avant la puberté. Une relation causale ne peut cependant pas être établie avec certitude sur la base d'études d'associations.

Des études d'intervention contrôlées contre placebo offrent un degré d'évidence plus convaincant. Des suppléments de calcium, donnés sous forme d'ultrafiltrats du lait, augmentent la densité et la masse minérales osseuses, plus particulièrement au niveau du squelette périphérique, aussi bien chez la fillette que chez le garçon prépubères[6, 7]. Le bénéfice semble persister au moins une année après l'arrêt de la supplémentation. Ces effets positifs ont été attribués à une diminution du remodelage osseux et, par conséquent, à un comblement de l'espace de résorption. En revanche, lorsqu'un sel de phosphate de calcium ou un extrait de calcium laitier est administré, au lieu de carbonate ou de citrate-malate de calcium, un effet supplémentaire sur la taille des os, le modelage, a été suggéré.

On ne sait pas encore avec certitude si le gain osseux persiste après l'arrêt de la supplémentation. Une méta-analyse récente de tous les essais thérapeutiques publiés comparant un supplément de calcium à un placebo conclut à un effet durable, au niveau du membre supérieur tout au moins[8]. Dans un suivi à long terme, jusqu'à l'âge adulte, d'une cohorte de jeunes filles ayant participé à l'âge de 8 ans à une étude d'intervention avec 850 mg de supplément calcique d'origine laitière par jour, on a constaté une persistance de l'effet sur le capital osseux maximal dans la moitié de l'effectif avec une ménarche plus précoce[9]. Cela pourrait suggérer qu'un effet prolongé du calcium sur le modelage s'observe pour autant que le supplément intervienne près de la ménarche.

Apports protéiques et croissance osseuse

Au cours d'études longitudinales, il apparaît que les gains osseux sont proportionnels à la quantité de protéines alimentaires ingérées, même après ajustement pour les apports calciques [10, 11]. Cette association positive est principalement observée avant la puberté. Il semble aussi que les apports protéiques modulent les effets du calcium sur le gain de masse osseuse de garçons prépubères[12]. En effet, le bénéfice osseux d'une supplémentation calcique n'intervient que chez les garçons avec apports protéiques spontanés inférieurs à la médiane.

Au-dessus de celle-ci, la différence n'est pas significative, suggérant qu'à apports protéiques élevés, les besoins en calcium pour une croissance optimale pourraient être moindres.

Dans une étude prospective portant sur des enfants et adolescents entre 6 et 18 ans, les apports nutritionnels ont été enregistrés de manière annuelle, sur une période de 4 ans[13]. La taille et la masse des os de l'avant-bras, mesurées par scanner, de même qu'une évaluation indirecte de la résistance aux fractures, étaient positivement corrélées aux apports protéiques. Il n'existe pas à l'heure actuelle d'étude d'intervention avec un supplément protéique, afin de déterminer si la corrélation mentionnée ci-dessus est une association ou une relation causale. La production hépatique de l'hormone IGF-I est stimulée par les protéines alimentaires ingérées[11]. L'IGF-I augmente la croissance longitudinale et radiaire des os; de plus, en stimulant la réabsorption tubulaire du phosphore et la synthèse rénale de calcitriol, ce qui conduit donc à une absorption intestinale plus élevée de calcium et phosphore, l'IGF-I contribue à assurer un environnement minéral approprié pour la minéralisation du tissu osseux nouvellement formé (Fig. 2).

Produits laitiers et croissance osseuse

En plus du calcium, du phosphore, des calories et des vitamines, un litre de lait apporte 32 à 35 g de protéines, principalement de la caséine, mais aussi les protéines du petit lait qui contiennent de nombreux facteurs de croissance cellulaire (Tableau 1). Nombre d'études transversales et longitudinales concluent à un effet favorable des produits laitiers sur la santé osseuse[14-18]. Une carence en produits laitiers au cours de l'enfance prédispose aux fractures[19]. Une association positive existe entre gains osseux, capital osseux maximal à l'âge adulte, et dimensions osseuses, stature, et consommation de produits laitiers. On pourrait alors envisager que le calcium influence surtout le remodelage et, partant, la densité volumique, alors que les protéines auraient un effet sur le modelage, donc la taille des os. Les deux phénomènes contribueraient à assurer une meilleure solidité, une meilleure résistance mécanique et, partant, un moindre risque fracturaire.

Les premières études d'intervention avec des suppléments de lait se sont déroulées en Angleterre à la fin des années 1920. En fournissant environ 0.5 l de lait par jour aux enfants dans les écoles, le gain de taille a été augmenté. Nombre d'essais ont confirmé par la suite les bénéfices osseux des produits laitiers sur la santé osseuse. Dans une étude randomisée et contrôlée, des jeunes filles de 12 ans ont reçu une pinte de lait, correspondant à 568 ml[20].

Comparées au groupe contrôle, ces jeunes filles ont eu un gain de masse minérale osseuse supérieur, particulièrement au niveau des membres inférieurs, associé à des taux sériques d'IGF-I plus élevés. Comparé à du calcium sous forme de comprimés, un supplément de fromage a augmenté la masse d'os cortical[21]. Un effet sur le modelage osseux est probable, vu que le diamètre des os métacarpiens était augmenté de manière significative chez des enfants chinois recevant un supplément de lait.

CONCLUSIONS

La croissance osseuse est influencée par les apports nutritionnels, particulièrement le calcium et les protéines. Les produits laitiers, qui fournissent ces deux nutriments, pourraient

améliorer le capital osseux de l'âge adulte, et contribuer ainsi à réduire le risque fracturaire plus tard dans la vie.

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Tableau 1° : Teneurs moyennes en calcium, phosphore, protéines et énergie des produits laitiers:

Calcium (mg/100 g)

Phosphore (mg/100 g)

Protéines (g/100 g)

Energie (kcal/100 g)

Lait de vache 125 99 3.3 65

Petit-lait 105 97 3.5 36

Camembert 680 500 19.7 306

Emmental 1090 810 28.6 404

Parmesan 1220 770 36.3 400

LEGENDES DES FIGURES

Figure 1

Croissance osseuse et capital osseux de l'âge moyen. Les apports nutritionnels, particulièrement ceux en calcium et en protéines, peuvent moduler la croissance principalement déterminée de manière génétique.

Figure 2

Effets des protéines alimentaires sur la production de l'IGF-I et sur l'homéostasie du calcium et du phosphore.

IGF-I: Insulin-like growth factor 1.

Age ^{(annˇ es)}

10 20

M as se m in ˇ ra le o ss eu se

50 90

Produits laitiers ?

Figure 1

Apports protˇ iques IGF-I

Croissance 1,25-(OH)2D3 Rˇ absorption

osseuse rˇ nale de

phosphore

Absorption Phosphorˇ mie intestinale de

Figure 2

LAIT ET PRODUITS LAITIERS

dans la prévention et le traitement des maladies par carence

Charles Joël MENKES Académie nationale de médecine

RESUME

En occident, le lait et les produits laitiers dérivés sont la principale source du calcium, indispensable, non seulement, à la régulation du métabolisme osseux, mais aussi à l’activation des systèmes enzymatiques, à la coagulation sanguine et à la contraction musculaire. Par contre, en Extrême-Orient et dans une grande partie de l’Afrique, l’apport calcique est assuré, surtout, par les végétaux et les poissons.

Les apports quotidiens recommandés varient selon les pays et les institutions. À partir de 10-12 ans, les besoins sont de 1000 mg par jour, mais augmentés à 1200-1500 mg par jour, à l’adolescence (14-18 ans), en fin de grossesse, après la ménopause et chez l’homme de plus de 65 ans. Les doses supérieures à 2000 mg par jour sont inutiles, la limite inférieure étant fixée à 700-800 mg par jour. Le régime optimal correspond, quotidiennement, à trois prises de laitages.

Le rôle préventif du calcium sur l’ostéoporose est controversé, mais on s’accorde sur l’importance de corriger une éventuelle carence, plus inquiétante si elle est associée à un déficit en vitamine D. La correction de la carence vitamino-calcique permet de prévenir les fractures des sujets âgés. Elle est obligatoirement associée aux traitements, préventifs ou curatifs, de l’ostéoporose. Elle s’impose aussi chez les sujets qui ont des facteurs de risque d’ostéoporose.

Le tissu osseux extra cellulaire se compose, grossièrement, pour moitié de protéines, dont le collagène de type I et pour moitié de cristaux de phosphate de calcium. C’est dire l’importance d’une diététique correcte pour l’acquisition et le maintien d’une masse osseuse optimale car l’os est une structure en perpétuel renouvellement. Chaque cycle de remodelage comporte une phase de résorption osseuse suivie d’une phase de formation osseuse. L’équilibre entre résorption et formation est sous la dépendance de nombreux facteurs, hormones, cytokines, facteurs de

croissance, activité physique, apports alimentaires. La résultante entre les quantités d’os formé et d’os résorbé est la balance osseuse qui devient négative en cas d’ostéoporose, avec une

fragilisation de la matrice osseuse.

En raison du vieillissement de la population, l’ostéoporose est un problème de santé publique majeur en raison du risque de fractures et de la répercussion sur la qualité de vie des patients.

L’ostéoporose se manifeste cliniquement dans des sites où il existe une proportion relativement importante d’os trabéculaire, c’est-à-dire les vertèbres (50% d’os trabéculaire), la hanche (30%

d’os trabéculaire), le radius 1,2.

De nombreux facteurs interviennent pour maintenir la solidité de l’os, mais la masse osseuse est l’un des plus importants. Une perte de 12% à 15% de la masse osseuse double le risque de fracture. Toute diminution de la réserve en calcium du squelette entraîne une diminution de la masse osseuse avec fragilisation et risque de fracture 3

Des besoins journaliers en calcium ont été définis pour couvrir chez l’adulte les pertes par la peau, la sueur, les ongles, les urines et les sécrétions digestives, soit 4 à 8 mmol/jour, en fonction de l’activité physique et des autres composants du régime, notamment du sodium qui augmente la calciurie. Un manque de calcium stimule la sécrétion de parathormone qui favorise la résorption osseuse 2. Le calcium soluble du sang (1%) intervient également dans la contraction

musculaire, la régulation de la pression artérielle, la transmission nerveuse et l’activation des systèmes enzymatiques.

La dose journalière conseillée chez l’adulte, jusqu’à la ménopause, est de 25 mmol (1000mg) /jour et à partir de la ménopause de 37,5 mmol (1500mg)/jour 4.

Pendant la croissance, un apport suffisant de calcium est nécessaire pour acquérir un pic de masse osseuse correct, mais il n’y a pas de bénéfice supplémentaire à attendre d’un apport calcique supérieur au besoin. Il est conseillé de 2 à 8 ans : 35mmol (1400mg)/jour et de 9 à 17 ans : 37 mmol(1500mg)/jour 1. Les recommandations d’apport calcique varient selon les experts et d’un pays à l’autre  et certains travaux, récents, mettent en doute l’intérêt à long terme du pic de masse osseuse acquis dans l’enfance 6.

Tableau 1.- Apports calciques journaliers recommandés 5

Âge France CEE USA

1-3 ans 600 400-800 800

4-9 ans 700 400-800 800

10-12 ans 1000 600-1200 1200

12-19 ans 1200 600-1200 1200

Adulte 800-900 500-1000 800

Grossesse 1000-1200 600-1450 1200

Allaitement 1200 900-1500 1200

Les produits non laitiers, la viande, les légumes et les fruits, apportent environ 200mg/jour de calcium, le complément étant assuré par les produits laitiers et les eaux minérales plus ou moins riches en calcium 7.

La teneur en calcium des produits laitiers (Tableau 2) varie de 120mg/100g pour les moins riches (lait entier ou demi écrémé, fromage de Brie ou de chèvre frais) à 1200mg pour le Beaufort et le Gruyère 7.

Tableau 2.- Teneur en calcium des principaux produits laitiers 7

Lait et dérivés

Lait entier ou ½ écrémé 120

Yaourts 150

Fromages frais 120

Petits-suisses 100

Crèmes glacées 130-160

Fromages

Brie 120

Chèvre frais/sec 120/200

Camembert, Pont l’Évêque 400

La teneur en calcium du lait humain est plus faible que celle du lait de vache, en moyenne 28-30 mg de calcium pour 100 g avec un rapport calcium/phosphore de 2, ce qui est considéré comme optimal pour l’absorption digestive du calcium. Ce rapport n’est que de 1,2 dans le lait de vache



En Afrique noire, la ration quotidienne de calcium est faible, 300-400 mg/jour. Une étude récente a montré qu’un apport supplémentaire de 1500 m de carbonate de calcium chez des femmes enceintes ne modifiait ni la teneur en calcium du lait maternel, ni le métabolisme osseux de l’enfant, jusqu’à 1an 8. Au Japon, la ration de calcium recommandée par le ministère de la santé, de 600mg/jour, est rarement atteinte et les produits laitiers ne représentent que 32% car ils sont moins prisés que dans les pays occidentaux, en raison de la fréquence de l’intolérance au

lactose 9. Cette carence doit être corrigée car la durée de vie augmente et le nombre de fractures du col du fémur a doublé de 1987 à 2002 9. En Malaisie, une étude portant sur un groupe de 173 chinoises ménopausées a montré qu’un apport de lait supplémentaire pouvait réduire la perte osseuse, mesurée par l’ostéodensitométrie avec un effet rémanent possible à 21 mois. L’apport calcique était de 710mg/jour dans le groupe avec lait et de 466mg/jour dans le groupe contrôle 10.

Les produits laitiers sont également une source de magnésium, potassium, zinc, sodium, folate, thiamine, riboflavine, vitamines B6, B12, A, E et D 11.

Le rôle du calcium dans la prévention de l’ostéoporose et du risque de fractures a été très controversé 12,13. Comme l’indique HEANEY , l’ostéoporose est une maladie

plurifactorielle qui ne se résume pas à un problème de supplément diététique en calcium. Une revue générale portant sur 139 publications depuis 1975, dont 52 études randomisées et contrôlées, a montré, sauf dans deux cas, un effet positif sur l’os. Par contre les résultats des études de cohorte sont plus difficiles à interpréter en raison de la difficulté d’évaluer

rétrospectivement la quantité exacte de calcium absorbé à long terme. Chez les sujets âgés de plus de 65 ans un supplément en calcium de 1300 mg à 1700mg/jour réduit la perte osseuse et le risque fracturaire, en présence de vitamine D, qui intervient dans l’absorption du calcium.

À distance de la ménopause, la privation d’œstrogènes, la carence alimentaire en calcium, la carence en vitamine D favorisent la dégradation osseuse. CHAPPUY et coll. 14 ont montré que l’association de vitamine D3 et de calcium permettait de diminuer le risque de fracture du col fémoral chez des femmes âgées, en institution.

Une méta-analyse portant sur l’efficacité des suppléments en calcium pour prévenir la perte osseuse des femmes ménopausées a été publiée en 2003, par The Cochrane Collaboration 15.

L’étude a porté sur 15 publications de grande qualité, représentant 1800 femmes ménopausées traitées par placebo ou calcium, à raison de 500mg à 2000mg/jour, avec ou sans vitamine D.

L’étude de CHAPPUY et coll. 14 a été écartée en raison d’une dose journalière de vitamine D dépassant les 400UI/jour, ce qui laissait planer un doute sur la part respective du calcium et de la vitamine D, dans la prévention des fractures du col.

La mesure de la densité minérale osseuse a montré que la perte osseuse chez les femmes qui avaient pris du calcium, pendant 2 ans et plus, était moindre que celles qui étaient sous placebo.

Peu d’études ont été faites sur la prévention des fractures par les suppléments de calcium, cependant la méta-analyse montre une tendance à la réduction des fractures vertébrales et une moindre tendance à la réduction des fractures non vertébrales, en particulier, le poignet et la hanche.

Les auteurs concluent sur l’importance d’un apport suffisant de calcium, avec ou sans vitamine D, selon qu’il y a ou non carence, pour prévenir la perte osseuse.

La controverse a été relancée par une publication récente mettant en cause l’intérêt du calcium dans la prévention secondaire des fractures 16. Cette étude prospective, randomisée, contre placebo, a comparé chez 5292 sujets de plus de 70 ans, ayant déjà eu une fracture et non

immobilisés, l’effet de 1g/jour de calcium, de 800 UI de vitamine D ou des deux associés. Avec un suivi de 24 à 62 mois, quel que soit le traitement, aucune différence dans la prévention de nouvelles fractures n’est constatée par rapport au placebo.

La discussion reste ouverte, car malgré l’importance numérique de l’étude, un certain nombre de biais méthodologiques ne permettent pas une conclusion définitive et incitent à proposer de nouvelles études 17.

En cas de lithiase urinaire calcique, il convient non seulement d’assurer une diurèse quotidienne d’au moins 2 litres, mais aussi, contrairement à ce que l’on pourrait penser, un apport en calcium de 800mg à 1000mg par jour, pour éviter l’ostéolyse et l’aggravation de l’hypercalciurie 7,18.

Un apport suffisant de calcium est donc indispensable, un taux normal de vitamine D étant assuré, notamment chez l’enfant et les sujets de plus de 65 ans et tout spécialement chez les femmes âgées, ménopausées de longue date.

Cet apport calcique est assuré par les produits laitiers complétés, éventuellement, par des sels de calcium par voie orale et des eaux minérales naturelles riches en calcium. Trois ou quatre prises de produits laitiers, par jour, suffisent à couvrir les besoins 19.

Les carences en calcium sont relativement rares contrairement aux carences en vitamine D, indispensable à l’absorption intestinale du calcium.

L’hypovitaminose D est fréquente en fin de grossesse, surtout en hiver et au printemps, et demande à être corrigée 20. Le manque de vitamine D est particulièrement important dans les pays nordiques, en hiver, et mal couvert par les produits laitiers 21. En France, une enquête portant sur 20 villes et 1569 sujets, a mis en évidence une carence dans 14% des cas, avec des valeurs plus basses dans le nord du pays. Une constatation analogue a été faite chez 1195 femmes belges ménopausées, même lorsqu’elles recevaient des suppléments vitamino-calciques 22,23.

L’insuffisance en vitamine D favorise l’hyperparathyroïdisme secondaire, facteur d’ostéolyse avec un accroissement du risque fracturaire.

La dose quotidienne, souhaitable, de vitamine D est de 700-800 UI avec une concentration sérique d’au moins 75 nmol/l 24.

L’utilisation de lait enrichi en calcium et en vitamine D permet de contrôler l’hyperparathyroïdie réactionnelle et agit favorablement sur la densité minérale osseuse, en fonction des sites de mesure 25,26.

Le traitement ou la prévention d l’ostéoporose fracturaire par les bisphosphonates doit être associé à un apport de calcium et vitamine D suffisant, tout en sachant que la prise simultanée de calcium inhibe l’absorption intestinale des bisphosphonates. Une étude comparant l’effet du calcium alimentaire (>/= 800mg/jour) avec 400 UI de vitamine D, à l’alendronate 10mg/ jour, avec ou sans 1000mg de calcium a montré une augmentation de densité minérale osseuse, chez des femmes ménopausées, pour les groupes traités par l’alendronate. L’association au calcium avait comme seul effet, de diminuer un peu le facteur de résorption NTx 27.

La pertinence clinique d’un apport en calcium basé majoritairement sur les produits laitiers, a été très contestée, par le journaliste scientifique Thierry SOUCCAR 28. Il estime que l’industrie agroalimentaire mondialisée, encourage une surconsommation de lait et de produits lactés, grâce à une publicité aguicheuse, basée sur des travaux discutables. Le lait de vache ne serait pas adapté à l’alimentation humaine et l’apport excessif en calcium favoriserait l’ostéoporose post- ménopausique, par épuisement des ostéoblastes, entre autres méfaits. Malgré une attitude très polémique et très orientée, ce document a le mérite d’attirer l’attention sur l’arbitraire de la ration calcique recommandée et sur l’intérêt de diversifier les sources de calcium.

Toutes ces controverses ont conduit un groupe d’experts à tenter de se mettre d’accord sur la prescription de calcium et vitamine D pour prévenir et traiter l’ostéoporose 29.

Le taux sanguin de 25-hydroxyvitamine D (25(OH)D) nécessaire au maintien d’une sécrétion de parathormone normale a été fixé à 50 nmol/l.

Pour la consommation de calcium, les recommandations varient de 400 à 1500 mg/jour. Un apport systématique de calcium, en l’absence de facteurs de risque d’ostéoporose, n’est pas recommandé. Un supplément de calcium et vitamine D est réservé aux femmes qui ont un risque élevé d’ostéoporose, aux femmes ostéopéniques et ostéoporotiques. La dose de vitamine D doit être suffisante pour assurer un taux sanguin d’au moins 50 nmol/l. En cas de carence en calcium avérée, la quantité de calcium et de vitamine D sont fixées en fonction de l’importance de la carence.

Après 65 ans, l’absorption intestinale du calcium et la capacité d’adaptation à un régime pauvre

soit 1000-1200 mg de calcium et 800 UI de vitamine D par jour. Une surveillance de cette association s’impose pour éviter les risques de surdosage.

Tout traitement de l’ostéoporose doit être associé à du calcium et de la vitamine D.

Conclusion.

Le calcium et la vitamine D sont indispensables pour assurer un remodelage osseux équilibré. En France et dans les pays occidentaux, la principale source de calcium alimentaire provient du lait et des produits laitiers. Il est inutile de dépasser la dose quotidienne de calcium recommandée, soit 3 prises par jour, la limite supérieure étant de 2g/jour.

L’absorption intestinale du calcium se fait en présence de vitamine D et de nombreuses études de population ont montré la relative fréquence de l’hypovitaminose D dans certaines populations, nord de la France, pays nordiques, femmes enceintes, sujets âgés. La dose efficace, en prévention, est de 800UI/jour, visant à assurer un taux sanguin de 50 nmol/l.

Il est inutile de donner des suppléments calciques à des sujets normaux. Par contre, quelles que soient les controverses et les biais méthodologiques des différentes publications, un supplément de calcium et vitamine D est nécessaire chez les femmes qui ont des facteurs de risque d’ostéoporose, en cas d’ostéopénie et d’ostéoporose, chez les sujets âgés, en institution notamment. Tous les traitements de l’ostéoporose doivent être associés à un supplément en calcium et vitamine D.

L’observance de la prise médicamenteuse de calcium est très mauvaise. Elle peut être compensée par la consommation de produits laitiers, en quantité raisonnable, de préférence allégés en matières grasses et enrichis en vitamine D. Celle-ci n’est pas présente, naturellement, en quantité suffisante, dans le lait.

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